淺談剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃永攀

摘 要：在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻結(jié)構(gòu)可以有效保證建筑物的穩(wěn)定性，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)形式、基于此，文章論述了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)原則以及在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻結(jié)構(gòu)是應(yīng)用范圍較廣的承重體系，是縱向與橫向的鋼筋混凝土墻的結(jié)合，因能承受水平方向與豎直方向的力而得名，同時(shí)還能制約建筑在水平方向上產(chǎn)生的力。剪力墻由鋼筋混凝土墻體構(gòu)成，它的產(chǎn)生是建筑結(jié)構(gòu)的一種革新，用鋼筋混凝土墻體代替最初起承重作用的梁柱來承擔(dān)荷載以及荷載自身產(chǎn)生的力。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用的十分廣泛，發(fā)展至今已經(jīng)成為一種十分常見的結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性和整體性，能夠提高建筑物的承載能力；側(cè)向剛度較大，對(duì)建筑物水平方向的荷載有較好的限制作用，適合高層建筑；無外露梁柱和構(gòu)件，不會(huì)影響建筑內(nèi)部空間美觀和功能的分布。剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：剪力墻雖然穩(wěn)定性好，承載力佳，但對(duì)建筑的類別限制較大，因其承重原理是靠墻體和樓板形成的受力系統(tǒng)，且一旦建成就不易拆除，在空間上更是宜小不宜大，所以對(duì)于住宅和賓館等空間間隔不大的居住類建筑，比較適用剪力墻結(jié)構(gòu)；除此之外，剪力墻對(duì)鋼材的消耗也較大，在經(jīng)濟(jì)性上不具備優(yōu)勢(shì)。總的來說，剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，水平荷載作用下側(cè)向變形小，剛度好，但空間布局不夠靈活。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)剪力墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)必不可缺的構(gòu)件和組成部分，剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用中有其獨(dú)特的體系特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)的研究和分析能使剪力墻結(jié)構(gòu)更好的發(fā)揮作用。承載力和平面內(nèi)剛度較大是剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，然而，剪切變形相對(duì)較大、平面外薄弱，以及剪力墻狀態(tài)常常會(huì)受到外力因素的破壞在其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)影響其抗震性能，這些都是剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中的缺點(diǎn)，加上建筑工程中的諸多不確定因素，剪力墻結(jié)構(gòu)中存在的缺陷對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大的影響。在建筑結(jié)構(gòu)中具備的較強(qiáng)的承載能力是剪力墻結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)，其水平荷載和豎向荷載的承受能力都十分強(qiáng)大，特別是剪力墻的側(cè)向剛度大，對(duì)建筑物的安全性有極大的保障。此外，由于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是將石柱與房梁隱蔽起來的，這在很大程度上有利于建筑內(nèi)部的美感度提升。然而，由于剪力墻結(jié)構(gòu)具有較高的成本費(fèi)用，因此其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用會(huì)給建筑單位帶來一定的經(jīng)濟(jì)壓力。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則

2.1 剪力墻平面內(nèi)外承載力及剛度適當(dāng)。工程設(shè)計(jì)應(yīng)注重剪力墻平面內(nèi)外承載力及剛度適當(dāng)?shù)脑瓌t，應(yīng)保證剪力墻平面外承載力及剛度較小，而平面內(nèi)承載力及剛度則相對(duì)較大。實(shí)際建筑施工過程中，梁與平面外方向的剪力墻的連接方式為單側(cè)連接，這常會(huì)導(dǎo)致墻肢平面外彎矩，但常規(guī)的設(shè)計(jì)施工對(duì)墻的平面外的承載力及剛度實(shí)際驗(yàn)算量不足，除了特殊設(shè)計(jì)施工需求，通常不要采用平面外單側(cè)連接方式，當(dāng)使用平面外單側(cè)連接方式，應(yīng)采用合理改進(jìn)方法，保證剪力墻平面外穩(wěn)定性。

2.2 樓層間剪力系數(shù)最小。實(shí)際工程施工過程，應(yīng)保證各樓層間的剪力系數(shù)最小的原則，有效降低建筑物重量，防止建筑物的抗震性降低進(jìn)而引起嚴(yán)重安全隱患的問題，建筑設(shè)計(jì)方和施工方根據(jù)短肢剪力墻承受力矩的大小，實(shí)際調(diào)整樓層間剪力系數(shù)達(dá)到最小值，并保證建筑物質(zhì)量的前提下，合理減少剪力墻的數(shù)量，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度進(jìn)行適當(dāng)加固，這可以有效降低整個(gè)建筑工程的建設(shè)成本和資源浪費(fèi)，在合理范圍內(nèi)擴(kuò)大建筑各方和建筑用戶的經(jīng)濟(jì)利益。

2.3 樓層間位移最大化與層高比。在建筑設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)實(shí)際調(diào)整樓層間位移和層高比，以保證樓層間位移最大值和層高比原則。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位移計(jì)算沒有加入建筑結(jié)構(gòu)變形因素，其位移計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)是樓層間的彎曲變形情況，而通常樓層間發(fā)生的彎曲變形主要是扭轉(zhuǎn)和剪切，就剪切變形而言，其主要受建筑結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件影響。豎向構(gòu)件應(yīng)根據(jù)實(shí)際建筑情況進(jìn)行有效調(diào)整，保證數(shù)量適中，保證樓層間不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形或變形程度較小。因此實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工過程中，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)樓層間位移最大化與層高比進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以降低扭轉(zhuǎn)變形，進(jìn)而提升整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性和剛度。

2.4 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁限額。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)保證剪力墻的跨高比超出2.5。如跨高比達(dá)不到該數(shù)值，其會(huì)使得剪力和彎矩超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，進(jìn)而可能產(chǎn)生相應(yīng)的安全隱患。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剪力墻的跨高比過大，也會(huì)引起相應(yīng)危害的產(chǎn)生，如剪力墻結(jié)構(gòu)的異變情況，使得剪力和彎矩超出標(biāo)準(zhǔn)范圍。因此實(shí)際建筑施工過程中，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)連梁超限調(diào)整原則，進(jìn)而提高建筑物安全穩(wěn)定和堅(jiān)固程度，有效保障建筑物質(zhì)量和效率，控制建筑施工成本。

2.5 樓層最大層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則。規(guī)范規(guī)定在計(jì)算多地震作用的樓層最大層間位移時(shí)，以樓間彎曲變形為主，計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，因此，對(duì)于高層建筑應(yīng)盡可能扭轉(zhuǎn)變形最小，但又不能僅根據(jù)這些層間位移不夠，不加分析地增加豎向構(gòu)件的剛度。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有些設(shè)計(jì)人員一看到某一方向?qū)娱g位移不能滿足規(guī)范要求，就不斷地增加該項(xiàng)的側(cè)向剛度，此舉雖然可以解決問題，但應(yīng)該注意此時(shí)結(jié)構(gòu)的剪重比，若與規(guī)范限制接近則可行，若剪重比已經(jīng)較大，則不應(yīng)一味地增加也要學(xué)會(huì)減小對(duì)應(yīng)一側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，使其剪重比減小，地震作用減小，同樣可以達(dá)到較好的效果。

2.6 短肢剪力墻的應(yīng)用。短肢剪力墻在《高規(guī)》中有明確規(guī)定：指截面厚度不大于300mm、各肢橫截面的高度與厚度之比應(yīng)在4和8之間的剪力墻。短肢剪力墻的應(yīng)用越來越廣泛，與長肢剪力墻相比，它的肢厚比更小，這種改進(jìn)對(duì)于住宅建筑來說，更有利于空間的排布，室內(nèi)的布局及二次設(shè)計(jì)中受到的結(jié)構(gòu)限制也大大減小。雖然短肢剪力墻在靈活性和自由度上較長肢剪力墻更具優(yōu)越性，但是同長肢剪力墻相比，短肢剪力墻仍存在許多待解決和待提高的問題，比如它會(huì)使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的受力能力和承載力降低。雖然有過關(guān)于短肢剪力墻對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能影響大小的測(cè)試，其結(jié)果表明短肢剪力墻對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響性較小，但在高層建筑的結(jié)構(gòu)中仍不應(yīng)選用全部為短肢剪力墻的布置形式。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)布置中，短肢剪力墻的數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)布置成筒體或者是一般剪力墻，通過這種方法使短肢剪力墻與筒體或一般剪力墻形成整體，一同抵抗水平力作用的剪力墻結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

通過上述剪力墻概念、分類和剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則的闡述，以及剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析來看。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高抗震性和剛度等特點(diǎn)，可以對(duì)傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化。而剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，應(yīng)注重新材料、新技術(shù)和新方法的使用，同時(shí)也需對(duì)建筑設(shè)計(jì)施工成本進(jìn)行有效控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)剪力墻的最大使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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